PL203268B1 - Połączenie gwintowe rurowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest połączenie gwintowe rurowe stosowane zwłaszcza w celu utworzenia ciągu rur okładzinowych, ciągu przewodów rurowych, lub ciągu rur wiertniczych dla studzienek węglowodorowych lub podobnych studzienek takich jak studzienki geotermiczne.

Z opisu patentowego GB 2 074 685 znane jest połączenie gwintowe dające szczelne połączenie rur przewodzących gaz albo olej mające złączkę rurową z wewnętrznym gwintowaniem na obu końcach i łączącą dwie rury wyposażone na końcach w gwintowanie zewnętrzne. Gwint wewnętrzny ma dwie sekcje. Jedna sekcja, umieszczona bliżej końca rury ma gwint o zarysie trójkątnym prostym, ewentualnie pochylonym z prostoliniowymi powierzchniami bocznymi i zaokrąglonym wierzchołkiem oraz dnem, natomiast gwint drugiej sekcji ma zarys trapezowy.

Połączenie gwintowe znane z opisów API 5B i 5CT - American Petroleum Institute (API) jako gwintowanie stożkowe z gwintami trapezowymi zwanymi niesymetrycznymi „Buttress”.

Gwinty trapezowe zawierają powierzchnię boczną łączącą po stronie gwintów w kierunku wolnego końca danego elementu gwintowanego, powierzchnię nośną gwintu po przeciwnej stronie gwintów, grzbiet gwintu o szerokości niezerowej i dno bruzdy gwintu także o szerokości niezerowej, przy czym powierzchnie boczne nośne i powierzchnie boczne łączące są ułożone w kierunku wyraźnie prostopadłym do osi elementu gwintowanego (nachylenie +3° dla powierzchni bocznych nośnych, i +10° dla powierzchni bocznych łączą cych, na przykł ad w przypadku gwintu API „Buttress”).

Gwinty trapezowe są określone w niniejszym dokumencie jako przeciwstawienie dla innych typów gwintów określonych w wyżej wymienionych opisach API, takich jak gwinty trójkątne lub trójkątne zaokrąglone („okrągłe”), których powierzchnie boczne nośne i łączące są w dużym stopniu odchylone względem normalnej od osi elementu gwintowanego (na przykład 30°) a grzbiety i dna gwintu mają szerokość wyraźnie zerową. Posiadają one znaczne korzyści w porównaniu z gwintami trójkątnymi lub okrągłymi biorąc pod uwagę nie do przyjęcia ryzyko „odskoczenia”.

Połączenia gwintowe rurowe z trapezowymi gwintami według API są przedmiotem wielu rozwiązań, zwłaszcza w celu poprawienia ich wytrzymałości na różnego rodzaju naciski wynikające z warunków działania (rozciąganie osiowe, ściskanie osiowe, zginanie, skr ęcanie, wewnę trzny i zewnętrzny nacisk...) i ich szczelności na płyny krążące wewnątrz i na zewnątrz tych złączy pod takimi naciskami. Ulepszenia te są opisane na przykład w patentach EP 488 912, EP 707 133, EP 454 147, WO 00/14441.

Inne typy złączy gwintowanych z gwintami trapezowymi opisane na przykład w patentach US 4 521 042 lub US 4 570 982 i przeznaczone dla tego samego celu wprowadzają gwintowanie walcowe, a zwłaszcza z dwustopniowym gwintowaniem.

Na ogół powierzchnie gwintów trapezowych połączeń gwintowanych ze stanu techniki, to znaczy powierzchnie boczne gwintów jak również grzbiety i dna gwintów mają wygląd prostoliniowy w przekroju osiowym za wyjątkiem połączeń pomiędzy powierzchniami, które to połączenia mają na ogół promień łączenia lub krawędzie skośne i dlatego w niniejszym dokumencie takie powierzchnie są nazywane powierzchniami prostoliniowymi.

We wszystkich tych rodzajach połączeń gwintowych rurowych, stosuje się, przy końcu przykręcania ze sobą elementów gwintowanych styk z naciskiem styku pomiędzy co najmniej jedną zewnętrzną powierzchnią gwintu i odpowiednią wewnętrzną powierzchnią gwintu. Zgodnie z typem gwintowania, nacisk styku może powstawać pomiędzy współpracującymi grzbietami i dnami gwintu, pomiędzy powierzchniami bocznymi nośnymi, pomiędzy powierzchniami bocznymi łączącymi lub wieloma takimi powierzchniami.

Powstawanie nacisku styku pomiędzy odpowiednimi powierzchniami gwintów trapezowych (i możliwie pomiędzy innymi powierzchniami takimi jak powierzchnie uszczelniające i poprzeczne powierzchnie oporowe umieszczone odpowiednio na elementach gwintowanych) wynika z konieczności wykonania przykręcenia połączenia gwintowe przy znacznym momencie obrotowym przykręcania.

Kiedy połączenie gwintowe jest łączone przy danym momencie obrotowym przykręcania, stwierdzono w znanych połączeniach gwintowych, że wystarczy zastosować moment obrotowy, wartość całkowita którego jest nieznacznie wyższa od momentu obrotowego przykręcania, aby zależnie od kierunku momentu obrotowego zakręcić lub odkręcić połączenie gwintowe.

Nadmierny moment obrotowy może powstawać zwłaszcza wtedy, kiedy ciąg rurowy znajduje się w ruchu obrotowym i schodzi na dno odchylonej a nawet poziomej studzienki węglowodorowej

PL 203 268 B1 i powoduje względne odchylenie położenia elementów zewnętrznych i wewnętrznych ze szkodliwym skutkiem przeciekania złączy gwintowanych.

Przypadkowe odkręcenie w studzience ściekowej może mieć skutki jeszcze bardziej poważne.

Celem wynalazku jest opracowanie połączenia gwintowego rurowego z gwintami trapezowymi, które po przykręceniu, aby dojść powyżej położenia przykręcania lub aby je odkręcić wymagają momentu obrotowego znacznie wyższego od momentu obrotowego przykręcania bez narażania tych połączeń gwintowych rurowych na zakleszczenie.

Wynalazek ma także na celu uniknięcie zatarcia wynikającego z nadmiernych nacisków styku pomiędzy odpowiadającymi powierzchniami gwintu, a zwłaszcza pomiędzy odpowiadającymi powierzchniami bocznymi gwintu.

W szczególności wynalazek ma na celu uniknięcie zatarcia w przypadku gwintowania z wciskiem osiowym lub z gwintami klinowymi, w których styk wciskowy (z wciskiem) następuje zarówno pomiędzy powierzchniami bocznymi obciążonymi i łączącymi powierzchniami bocznymi gwintów, przy czym naciski styku powstające pomiędzy powierzchniami bocznymi ze stykiem wciskowym są bardzo wrażliwe na korzystny kształt zewnętrznych i wewnętrznych gwintów a więc na ich odpowiednie dopasowanie.

Oznacza to, że gwintowanie musi być obrabiane fabrycznie z największą starannością, a więc po wysokich kosztach. Wynalazek stara się także dostarczyć połączenia gwintowego rurowego z gwintami klinowymi lub z gwintami z wciskiem osiowym, które mogą być wyprodukowane o rozmiarach z normalną tolerancją, na przykład rzędu 0,01 mm.

Połączenie gwintowe rurowe, zawierające zewnętrzny gwintowany element na końcu pierwszej rury i wewnętrzny gwintowany element na końcu drugiej rury zewnętrzny element gwintowany zawierający na zewnątrz zewnętrzne gwintowanie z gwintami trapezowymi na wyraźnie całej długości zewnętrznego gwintowania, wewnątrz element gwintowany zawierający wewnętrznie wewnętrzne gwintowanie z gwintami trapezowymi na wyraźnie całej długości gwintowania wewnętrznego połączonego z gwintowaniem zewnę trznym, gwintowanie zewnę trzne i wewnę trzne mocowane ze sobą przy danym momencie obrotowym tak, że co najmniej jedna powierzchnia zewnętrznego gwintu styka się pod naciskiem styku z odpowiednią powierzchnią wewnętrznego gwintu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna powierzchnia gwintu ma co najmniej w swoim początkowym stanie przed przykręceniem zaokrąglony wypukły kształt ciągły na długości danej powierzchni i styka się punktowo z odpowiednią powierzchni ą elementu złączonego, przy czym powierzchnia zaokrąglona wypukł a ma na swojej długości za wyjątkiem połączeń z przylegającymi powierzchniami, co najmniej jeden promień krzywizny (R₁, R₃) wynoszący od 2 do 60 mm.

Korzystnie, powierzchnia zaokrąglona wypukła jest na całej długości danego gwintowania.

Korzystnie, powierzchnia zaokrąglona wypukła ma jednolite wygięcie na długości powierzchni zaokrąglonej wypukłej za wyjątkiem połączeń z przylegającymi powierzchniami i na całej długości gwintowania.

Korzystnie, jedna zaokrąglona wypukła powierzchnia gwintu gwintowania odpowiada powierzchni prostoliniowej na gwintowaniu złączonym.

Korzystnie, połączenie zawiera tylko jedną powierzchnię zaokrągloną umieszczoną na jednym z dwóch gwintowań.

Korzystnie, gwintowanie zewnętrzne i wewnętrzne jest stożkowe, przy czym grzbiet gwintu co najmniej jednego gwintowania styka się z dnem złączonego gwintowania a powierzchnia zaokrąglona wypukła stanowi grzbiet gwintu.

Korzystnie, powierzchnia zaokrąglona wypukła jest boczną powierzchnią gwintu i tym, że jeden z gwintów, zewnętrzny, wewnętrzny zawiera środek nadający giętkość powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej.

Korzystnie, środkiem nadającym giętkość jest rowek umieszczony na grzbiecie gwintu przylegającego do giętkiej powierzchni bocznej gwintu.

Korzystnie, powierzchnia zaokrąglona wypukła jest boczną powierzchnią gwintu i tym, że jeden z gwintów, zewnętrzny, wewnętrzny zawiera środek nadający giętkość powierzchni odpowiadającej powierzchni na złączonym gwintowaniu.

Korzystnie, środkiem nadającym giętkość jest rowek umieszczony na grzbiecie gwintu przylegającego do giętkiej powierzchni bocznej gwintu.

Korzystnie, głębokość rowka jest co najwyżej równa wysokości gwintu, w którym jest on wykonany.

Korzystnie, szerokość rowka jest co najwyżej równa 2/3 szerokości gwintu, w którym jest on utworzony, mierząc w połowie wysokości tego gwintu.

PL 203 268 B1

Korzystnie, głębokość rowka jest zaokrąglona promieniem (R2) co najmniej równym 0,2 mm.

Korzystnie, kąt (A) zwany „kątem o powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej” utworzony pomiędzy styczną do powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej w połowie wysokości tej zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i normalna do osi łączenia różni się od kąta (B) zwanego „kątem odpowiadającej powierzchni bocznej” utworzonym pomiędzy styczną do powierzchni bocznej odpowiadającej powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej, mierzonego także w połowie wysokości wspomnianej odpowiadającej powierzchni bocznej i normalnej do osi łączenia.

Korzystnie, kąt (A) powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej i kąta (B) odpowiadającej powierzchni bocznej mają wartość dającą pierwszy styk (O) w czasie przykręcania śruby pomiędzy powierzchnią boczną zaokrągloną wypukłą i odpowiadającą powierzchnią boczną na giętkiej powierzchni bocznej po stronie grzbietu gwintu, gdzie umieszczony jest rowek.

Korzystnie, wartość różnicy pomiędzy kątem (A) zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem (B) odpowiadającej powierzchni bocznej ma znak algebraiczny dający punkt styku pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną i odpowiadającą powierzchnią boczną umieszczony w kierunku środka obrotu giętkiej powierzchni bocznej w czasie przykręcania.

Korzystnie, różnica pomiędzy kątem (A) zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem (B) odpowiadającej powierzchni bocznej ma wartość dającą końcowy punkt styku (O') pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną umieszczony na zewnątrz ¹/4 szerokości giętkiej powierzchni bocznej, która jest umieszczona na końcu tej powierzchni po stronie dna gwintu.

Korzystnie, wartość całkowita różnicy pomiędzy kątem zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej (A) i kątem odpowiadającej powierzchni bocznej (B) wynosi pomiędzy 1 a 5.

Korzystnie, zaokrąglona wypukła powierzchnia boczna jest powierzchnią obciążoną.

Korzystnie, zaokrąglona wypukła powierzchnia boczna jest powierzchnią łączącą.

Korzystnie, każdy element zewnętrzny i wewnętrzny zawiera co najmniej jedną powierzchnię uszczelniającą, przy czym każda powierzchnia uszczelniająca zewnętrzna jest podparta o odpowiadającą powierzchnię uszczelniającą wewnętrzną.

Korzystnie, każdy element zewnętrzny i wewnętrzny zawiera co najmniej jedną pierścieniową poprzeczną powierzchnię oporową, co najmniej jedną zewnętrzną powierzchnię oporową, opierającą się o odpowiadającą wewnętrzną powierzchnię oporową na połączeniu gwintowym w położeniu zakręcenia śruby.

Połączenie gwintowe rurowe według wynalazku zawiera zewnętrzny gwintowany element na końcu pierwszej rury i wewnętrzny gwintowany element na końcu drugiej rury.

Element gwintowy zewnętrzny zawiera na zewnątrz zewnętrzne gwintowanie z gwintami trapezowymi na wyraźnie całej długości gwintowania a element gwintowany wewnętrzny zawiera wewnątrz wewnętrzne gwintowanie współpracujące z gwintowaniem zewnętrznym, to znaczy o kształcie i z położeniem odpowiednim do ich przykręcania. Elementy gwintowe zewnętrzne i wewnętrzne są przykręcane do siebie przy danym momencie obrotowym tak, że co najmniej jedna powierzchnia zewnętrznego gwintu styka się pod naciskiem styku z odpowiednią powierzchnią wewnętrznego gwintu.

Użyte określenie „gwintowanie” oznacza gwintowanie z jedną lub wieloma częściami gwintowanymi. W tym ostatnim przypadku, gwinty są trapezowe na wyraźnie całej długości każdej części gwintowanej.

Przed przykręceniem, co najmniej jedna powierzchnia gwintowa gwintowania pod nacisku styku ma ciągły zaokrąglony wypukły kształt na długości danej powierzchni i styka się punktowo z odpowiednią powierzchnią elementu złączonego.

Użyte w niniejszym wynalazku określenie „wypukła zaokrąglona powierzchnia”, oznacza powierzchnię gwintu, która w przekroju osiowym jest krzywoliniowa i wypukła. Podobnie, określenie „zaokrąglona wklęsła powierzchnia” i „prostoliniowa powierzchnia” oznacza powierzchnie, które wyglądają jak powierzchnie w przekroju osiowym (za wyjątkiem połączeń z przylegającymi powierzchniami.

Użyte określenie „szerokość” powierzchni oznacza rozmiar powierzchni widzianej w przekroju osiowym. Określenie „szerokość” powierzchni w konsekwencji oznacza wyraźnie osiowy rozmiar grzbietów lub den gwintu i wyraźnie promieniowy rozmiar powierzchni bocznych gwintu.

Określenie „gwint trapezowy” odpowiada ogólnemu określeniu podanemu powyżej, nawet jeśli niektóre powierzchnie nie są prostoliniowe jak w przypadku niniejszego wynalazku. Obejmuje ono gwinty trapezowe z kątami powierzchni bocznych obciążonych i powierzchni bocznych łączących zarówno dodatnimi jak i ujemnymi lub zerowymi (gwinty prostokątne, gwinty wczepinowe, gwinty na wczepy płetwiaste, gwinty na wczepy pół-płetwiaste), przy czym oznaczenie umowne jest przedstawione w przykładzie wykonania w dalszej części opisu.

PL 203 268 B1

Powierzchnia zaokrąglona wypukła jak określono tworzy styk z odpowiadającą powierzchnią gwintowania złączonego, które w przekroju poprzecznym przechodzącym przez oś łączenia wygląda na styk punktowy lub wyraźny styk punktowy, pod warunkiem oczywiście, że promienie krzywej odpowiadających powierzchni są odpowiednio dobrane.

Nacisk styku wynikający ze wspomnianego styku punktowego jest maksymalny na poziomie punktu stykowego i zwiększa się z każdej strony tego punktu bardziej lub mniej szybko w zależności od różnicy promienia krzywej dwóch powierzchni stykających się i cech giętkości surowców stykających się.

Krzywizna zaokrąglonej wypukłej powierzchni jest wybrana aby połączenie gwintowe według wynalazku raz zakręcone przy danym momencie obrotowym zakręcania w porównaniu z klasycznym połączeniem gwintowym, którego wszystkie powierzchnie zewnętrznych i wewnętrznych gwintów są prostoliniowe miało wytrzymałość wyraźnie większą na odkręcanie i przekręcanie.

Należy więc w sposób nieoczekiwany zastosować moment obrotowy, którego wartość bezwzględna jest znacznie wyższa od momentu obrotowego przykręcania; średnio moment obrotowy musi być wyższy niż moment obrotowy przykręcania o co najmniej 5%, aby zgodnie z kierunkiem zastosowanego momentu obrotowego przekręcić lub odkręcić połączenie gwintowe według wynalazku, kiedy to połączenie gwintowe zostaje przykręcone do danego momentu obrotowego. Z założenia, spodziewany byłby efekt przeciwny, to znaczy zwiększona wytrzymałość na odkręcanie/przekręcanie dla połączenia gwintowego o prostoliniowych powierzchniach gwintów, które z założenia ma większe powierzchnie tarcia.

Ponadto, biorąc pod uwagę obciążenia, jakim poddane są powierzchnie gwintów rurowych połączeń gwintowych, zwłaszcza w przypadku rurowych połączeń gwintowych oddanych do użytku dla eksploatacji studzienek ściekowych węglowodorowych, które mają małe szerokości i długości gwintu, fachowiec nie był aż do chwili obecnej nakłaniany do ustalenia styków punktowych a więc nie dzielonych pomiędzy odpowiadającymi powierzchniami pod naciskiem styku gwintów trapezowych.

Krzywizna wspomnianej zaokrąglonej powierzchni jest również dostosowana do zarysu odpowiadającej powierzchni stykającej się aby maksymalny nacisk nie doprowadzał do uplastycznienia surowca powierzchni stykających się punktowo.

Korzystnie, w tym celu wspomniana zaokrąglona wypukła powierzchnia ma na całej długości za wyjątkiem poziomu połączeń z przylegającymi powierzchniami promień lub promienie krzywizny wynoszący pomiędzy 2 i 60 mm a korzystnie pomiędzy 3 i 20 mm.

Wspomniana zaokrąglona wypukła powierzchnia może być wykonana na całej lub części długości danego gwintowania lecz jest ona korzystnie wykonana na całej długości rozważanego gwintowania i w konsekwencji na całej długości każdej gwintowej części, jeśli gwintowanie obejmuje wiele gwintowych części.

Korzystnie, wspomniana zaokrąglona wklęsła powierzchnia ma jednolitą krzywiznę na całej szerokości rozważanej powierzchni za wyjątkiem połączeń z przylegającymi powierzchniami.

Korzystnie także, wspomniana zaokrąglona wypukła powierzchnia ma jednolitą krzywiznę na całej długości gwintowania.

Także korzystnie, zaokrąglona wypukła powierzchnia odpowiada prostoliniowej powierzchni na złączonym gwintowaniu.

Bardzo korzystnie, tylko jedna zaokrąglona wypukła powierzchnia jest umieszczona na tylko jednym zewnętrznym lub wewnętrznym gwintowaniu.

W korzystnym przykł adzie wykonania wynalazku, zewnę trzne i wewnę trzne gwintowania połączenia gwintowego są stożkowe z gwintami, przeciwdziałających ze sobą promieniowo a wspomniana zaokrąglona wypukła powierzchnia jest grzbietem gwintu.

W innym korzystnym przykł adzie wykonania, wspomniana zaokrą glona wypukł a powierzchnia jest zewnętrzną lub wewnętrzną powierzchnią boczną gwintu a jeden lub drugi z gwintów zewnętrzny lub wewnętrzny zawiera środek, w celu nadania giętkości powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej lub odpowiadającej powierzchni na złączonym gwintowaniu.

Korzystnie, zaokrąglona wypukła powierzchnia boczna jest powierzchnią boczną obciążoną.

W odmianie drugiego przykładu wykonania zaokrąglona wypukła powierzchnia boczna jest powierzchnią boczną łączącą.

Gięcie powierzchni bocznej uznanej za giętką w pozostałej części opisu zwiększa się z naciskiem styku podczas lub przy końcu przykręcania i umożliwia zwłaszcza gwintom dopasowanie się do różnic w rozmiarach zewnętrznych i wewnętrznych gwintowań względem rozmiaru nominalnego bez wzbudzania nadmiernego nacisku styku.

PL 203 268 B1

Korzystnie, w drugim przykładzie wykonania wynalazku, wspomniany środek dla nadania giętkości zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej lub odpowiadająca powierzchnia boczna jest rowkiem umieszczonym na wierzchołku gwintu przylegającego do giętkiej powierzchni bocznej.

Gięcie części gwintu pomiędzy rowkiem i giętką powierzchnią boczną podczas styku pod naciskiem styku doprowadza, w przedstawionym przekroju osiowym, do obrotu giętkiej powierzchni bocznej wokół środka obrotu umieszczonego przy podstawie giętkiej powierzchni bocznej.

Korzystnie, dno rowka jest mniejsze lub równe wysokości gwintu, w którym jest on wykonany.

Korzystnie także, rowek przy swoim wyjściu ma szerokość mniejszą lub równą 2/3 szerokości gwintu, w którym jest on utworzony, mierząc w połowie wysokości tego gwintu.

Korzystnie jeszcze, dno rowka jest zaokrąglone według promienia wyższego lub równego 0,2 mm.

Korzystnie, w przypadku gdzie środek zmniejszający sztywność powierzchni bocznej gwintu jest rowkiem, kąt zwany „kątem powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej” utworzony przez styczną do powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej w połowie wysokości tej zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i normalną do osi łączenia różni się od kąta zwanego „kątem odpowiadającej powierzchni bocznej” utworzonego przez styczną do powierzchni bocznej odpowiadającej powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej, mierząc także w połowie wysokości wspomnianej odpowiadającej powierzchni bocznej i normalnej do osi łączenia.

Taka różnica pomiędzy kątami powoduje przesunięcie punktu styku pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną i odpowiadającą powierzchnią boczną wzdłuż tych powierzchni podczas gięcia giętkiej powierzchni bocznej przy końcu przykręcania lub w czasie działania sił osiowych w trakcie obsługi.

Takie przesunięcie punktu styku zapobiega stałym naciskom tego samego punktu zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i odpowiadającej powierzchni, co zmniejsza ryzyko zatarcia tych powierzchni po wielu działaniach przykręcania-odkręcania.

Bardzo korzystnie, w tym przypadku, wartości kąta zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kąta odpowiadającej powierzchni bocznej są takie aby pierwszy styk pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną i odpowiadającą powierzchnią miał miejsce na giętkiej powierzchni bocznej po stronie grzbietu gwintu gdzie umieszczony jest rowek.

Jeszcze bardzo korzystnie, znak algebraicznej wartości różnicy pomiędzy kątem zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem odpowiadającej powierzchni bocznej jest taki, że punkt styku pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną i odpowiadającą powierzchnią boczną jest umieszczony w kierunku środka obrotu giętkiej powierzchni bocznej w czasie przykręcania.

Również bardzo korzystnie, wartość różnicy pomiędzy kątem zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem odpowiadającej powierzchni bocznej jest taka, aby końcowy punkt styku pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną, kiedy połączenie gwintowe jest całkowicie zakręcone, był umieszczony poza ¹/4 szerokości giętkiej powierzchni bocznej, która jest umieszczona na końcu tej powierzchni po stronie dna gwintu.

Takie ustawienie zapobiega szkodliwym nadmiernym spiętrzeniom naprężeń na poziomie dna gwintu.

Wartości kąta zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kąta odpowiadającej powierzchni bocznej w celu uzyskania takich efektów technicznych mogą być określone poprzez wyliczenia i próby, co będzie widoczne w przykładach wykonania podanych niżej.

Korzystnie, wartość bezwzględna różnicy pomiędzy kątem zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem odpowiadającej powierzchni bocznej wynosi pomiędzy 1 a 5.

Korzystnie, każdy element zewnętrzny i wewnętrzny zawiera co najmniej jedną powierzchnię uszczelniającą, przy czym każda powierzchnia uszczelniająca zewnętrzna przeciwdziała promieniowo z odpowiadającą powierzchnią uszczelniając ą wewnętrzną na połączeniu gwintowym rurowym w położeniu zakręcenia.

Korzystnie także, na połączeniu gwintowym według wynalazku, każdy element zewnętrzny i wewnętrzny zawiera co najmniej jedną pierścieniową poprzeczną powierzchnię oporową, co najmniej jedną powierzchnię oporową wewnętrzną opierającą się o odpowiadającą powierzchnię oporową wewnętrzną na połączeniu gwintowym rurowym w położeniu zakręcenia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia połączenie gwintowe złączone zawierające dwa połączenia gwintowe z gwintowaniem stożkowym i gwintowaniem trapezowym, fig. 2 przedstawia integralne połączenie gwintowe zawierające połączenie gwintowe z gwintami cylindrycznymi dwu-stopniowymi i gwintami trapezowymi, fig. 3

PL 203 268 B1 przedstawia kilka gwintów trapezowych połączenia gwintowego według wynalazku typu z fig. 1, w którym grzbiety gwintu wewnę trznego są zaokrą glone wypukł e: fig. 3A odnosi się tylko do gwintowania wewnętrznego, fig. 3B odnosi się tylko do gwintowania zewnętrznego, a fig. 3C odnosi się do zakończonego połączenia elementów z fig. 3A i 3B, fig. 4 przedstawia kilka gwintów innego połączenia gwintowego według wynalazku, przy czym połączenie gwintowe przedstawia typ z fig. 1 z gwintami trapezowymi z wciskiem (zaciskaniem??) osiowym, którego powierzchnia boczna łącząca zewnętrzna jest zaokrąglona wypukła, fig. 5 przedstawia odmianę połączenia gwintowego z fig. 4, fig. 6 przedstawia kilka gwintów innego połączenia gwintowego według wynalazku typu z fig. 2 z gwintami trapezowymi klinowymi o różnej szerokości, którego powierzchnia boczna obciążona zewnętrzna jest wypukle zaokrąglona, fig. od 4 do 6 obejmują - każda 4 podfigury oznaczone literami od A do D. Litera A odnosi się tylko do gwintowania wewnętrznego podczas gdy litera B odnosi się tylko do gwintowania zewnętrznego. Litera C odnosi się do połączenia elementów z oznaczeń A i B w czasie punktowego przykręcania, gdzie odpowiadające powierzchnie boczne zbliżają się do styku. Oznaczenie D odnosi się do zakończonego połączenia elementów oznaczonych A i B, fig. od 1 do 6 nie są wyskalowane, przy czym cechy znamienne są uwypuklone, aby lepiej wykazać lub lepiej zrozumieć cechy funkcjonalne, fig. 7 przedstawia podział nacisków styku pomiędzy grzbietem zewnętrznym i dnem wewnętrznym przeciwdziałających gwintów trapezowych, przy czym fig. 7A odnosi się do styku między grzbietem i dnem połączenia gwintowego ze stanu techniki, a fig. 7B dotyczy styku między prostoliniowym dnem i zaokrąglonym wypukłym grzbietem połączenia gwintowego z fig. 3C, fig. 8 stanowi wykres przedstawiający przesunięcia punktu styku zaciskającego w przypadku gwintów z fig. 4 w funkcji zakręcania śruby dla różnych kątowych układów powierzchni bocznych łączących, fig. 9 przedstawia w wykresie ruch obrotowy giętkiej powierzchni bocznej łączącej z fig. 4 jako funkcji zakręcania śruby dla różnych kątowych układów powierzchni łączącej, fig. 10 przedstawia w wykresie przesunięcie zaciskającego punktu styku w przypadku gwintów z fig. 4, jako funkcji zakręcania dla różnych promieni krzywizny zaokrąglonej wypukłej powierzchni, fig. 11 przedstawia kilka gwintów innego połączenia gwintowego według wynalazku typu z fig. 1 z gwintowaniami stożkowymi z przeciwdziałającymi gwintami trapezowymi.

Fig. 1 przedstawia połączenie gwintowe złączone 200 pomiędzy dwiema rurami pierwszą 101 i drugą 101' o dużej długości.

Określenie „rura o dużej długości” oznacza rury o wielometrowej długości, na przykład o około 10 m długości.

Takie rury są zazwyczaj łączone w celu utworzenia ciągu rur okładzinowych dla studzienek węglowodorowych lub ciągu rur wiertniczych dla tych samych studzienek ściekowych.

Rury mogą być utworzone z każdego rodzaju stali niestopowej, ze stali niskostopowej lub wysokostopowej a nawet ze stopu żelaza lub nie-żelazowego stopu, w celu dostosowania do różnych warunków pracy: poziom wytrzymałości mechanicznej, właściwości korozyjne płynu wewnątrz i na zewnątrz rur.

Można również stosować rury ze stali mało odpornej na korozję zaopatrzone w powłokę na przykład z materiału syntetycznego uniemożliwiającego jakikolwiek kontakt pomiędzy stalą a płynem korozyjnym.

Rury 101,101' są zaopatrzone na swoich końcach w identyczne elementy gwintowe zewnętrze 1, 1) i są połączone za pośrednictwem złączki rurowej nakrętnej 202 zaopatrzonej na każdym końcu w wewnętrzny element gwintowany 2, 2).

Zewnętrzne elementy gwintowe 1, 1) są odpowiednio połączone przez przykręcenie do wewnętrznych elementów gwintowych 2, 2 tworząc dwa połączenia gwintowe 100, 100' symetryczne połączone przez występ 10 o kilkucentymetrowej długości.

Występ 10 złączki rurowej nakrętnej 202 ma średnicę wewnętrzną wyraźnie identyczną do średnicy rur 101, 101' tak, że przepływ płynu cyrkulującego wewnątrz nie jest zakłócony.

Połączenia gwintowe 100, 100' są symetryczne, a zostanie opisane działanie tylko jednego z tych połączeń.

Zewnętrzny element gwintowany 1 składa się z zewnętrznego gwintowania 3 o gwintach trapezowych typu niesymetrycznego („Butress”) według specyfikacji API 5B; to gwintowanie zewnętrzne 3 jest stożkowe i umieszczone na zewnątrz elementu zewnętrznego i jest oddzielone od wolnego końca 7 gwintowanego elementu 1 przez nie-gwintowaną krawędź 11. Wolny koniec 7 jest wyraźnie poprzeczną powierzchnią oporową.

PL 203 268 B1

Obok wolnego końca 7 na zewnętrznej powierzchni krawędzi 11 znajduje się powierzchnia nośna 5 stożkowa, stożek której jest większy od stożka zewnętrznego gwintowania 3.

Wewnętrzny gwintowany element 2 zawiera środki, które łączą się z środkami zewnętrznego gwintowanego elementu 1, to znaczy środki, które mają odpowiedni kształt i ze względu na rozmieszczenie są przeznaczone do współpracy z środkami zewnętrznymi.

Wewnętrzny element 2 składa się więc wewnątrz ze stożkowego gwintowania wewnętrznego 4 i części nie-gwintowanej pomiędzy gwintowaniem a występem 10.

Ta nie-gwintowana część składa się zwłaszcza z poprzecznej pierścieniowej powierzchni oporowej 8 tworząc zgrubienie na końcu występu 10 i powierzchnię stożkową nośną 6 za zgrubieniem.

Po całkowitym przykręceniu gwintowania zewnętrznego 3 w gwintowaniu wewnętrznym 4, poprzeczne powierzchnie oporowe stanowiące wolny koniec 7 i powierzchnia oporowa 8 opierają się o siebie, podczas gdy powierzchnie nośne 5, 6 przeciwdziałają promieniowo, a więc znajdują się pod naciskiem styku metal-metal. Powierzchnie nośne 5, 6 stanowią więc powierzchnie uszczelniające, które czynią połączenie gwintowe szczelnym nawet pod wysokim wewnętrznym i zewnętrznym ciśnieniem płynu i pod różnymi naciskami (rozciąganie osiowe ściskanie, zginanie, skręcanie...).

Możliwe jest również włączenie do gwintowania pierścienia uszczelniającego z materiału syntetycznego takiego jak fluoropolimer w celu wytworzenia lub zwiększenia szczelności.

Inny przykład połączenia gwintowego pomiędzy dwiema długimi rurami jest przedstawiony na fig. 2; ten typ połączenia 300, stosujący tylko jedno połączenie gwintowe, jest uznany za integralny.

Rura 301 jest zaopatrzona na jednym ze swoich końców w zewnętrzny element gwintowany 1, a druga rura 302 jest zaopatrzona w wewnętrzny gwintowany element 2 na odpowiadającym końcu.

Zewnętrzny element gwintowany 1 zawiera na zewnątrz zewnętrzne gwintowanie 303, 303' składające się w przypadku fig. 2 z dwóch stopni walcowych, z gwintami trapezowymi oddzielonymi poprzeczną pierścieniową powierzchnią 307 centralnego zgrubienia tworzącego podporę, przy czym stopień o najmniejszej średnicy zewnętrznego gwintowania 303' jest umieszczony na wolnym końcu 309' elementu, a wspomniany wolny koniec 309 jest pierścieniową poprzeczną powierzchnią.

Pomiędzy częścią gwintową zewnętrznego gwintowania 303' a powierzchnią końcową wolnego końca 309' znajduje się zewnętrznie stożkowa powierzchnia nośna 311'.

Na przeciw zewnętrznego elementu, część zewnętrznego gwintowania 303 jest przedłużona częścią nie-gwintowaną obejmującą stożkową powierzchnię nośną 311 i poprzeczną powierzchnię pierścieniową, czyli wolny koniec 309, tworząc zgrubienie.

Wewnętrzny element gwintowy 2 zawiera wewnątrz wewnętrzne środki, złączone z środkami zewnętrznymi.

Tak więc, wewnętrzny element 2 obejmuje wewnętrzne gwintowanie 304 składające się z dwóch stopni walcowych, oddzielonych poprzeczną pierścieniową powierzchnią 308 środkowego zgrubienia tworzącego podporę, przy czym stopień o większej średnicy wewnętrznego gwintowania 304 jest umieszczony w kierunku poprzecznego pierścieniowego wolnego końca 310 elementu wewnętrznego 2.

Wewnętrzny element 2 obejmuje ponadto dwie powierzchnie nośne stożkowe 312, 312' odpowiadające zewnętrznym powierzchniom nośnym 311, 311' i poprzeczną pierścieniową powierzchnię wolnego końca 310' tworzącą zgrubienie na końcu elementu przeciwległego do wolnego końca 310.

W stanie zakręconym, zewnętrzne gwintowania 303, 303' są zakręcone odpowiednio do wewnętrznego gwintowania 304, 304' a powierzchnie oporowe środkowych zgrubień pierścieniowych powierzchni 307, 308 opierają się o siebie. Powierzchnie poprzeczne wolnych końców 309, 309' prawie stykają się z powierzchniami zgrubienia wolnych końców 310, 310' i stanowią podpory pomocnicze dla centralnej głównej podpory stanowiącej pierścieniową powierzchnię 307, 308.

Zewnętrze powierzchnie nośne 311, 311' przeciwdziałają promieniowo z wewnętrznymi powierzchniami nośnymi odpowiednio 312, 312' wywierając zwiększone naciski styku metal-metal zapewniające szczelność połączenia przy płynach zewnętrznych lub wewnętrznych.

W odmianach, nie przedstawionych, połączenie gwintowe łączone może mieć gwintowanie walcowe a połączenie integralne może mieć gwintowania stożkowe.

Każde gwintowanie może mieć dwie części gwintowe stożkowe o zbieżności identycznej lub różnej lub typu cylindryczno-stożkowego, przy czym części gwintowe tego samego gwintowania mogą być stopniowe lub nie-stopniowe.

Na fig. 1 i 2, gwintowania pokazane są w układzie schematycznym przez tworzące lub osłony grzbietowe gwintu i dna gwintu.

Następujące figury pozwalają opisać gwinty połączeń gwintowych według kilku odmian wynalazku.

PL 203 268 B1

Fig. 3 dotyczy gwintów stożkowych z gwintami trapezowymi przeciwdziałających promieniowo i z wypukłymi zaokrąglonymi grzbietami połączenia gwintowego 100 z fig. 1.

Fig. 3B przedstawia powierzchnie gwintu zewnętrznego 21 typu połączenia gwintowego, które mają klasyczny kształt trapezowy w przekroju osiowym i które zawierają powierzchnię boczną obciążoną 23, powierzchnię łączącą 25, grzbiet gwintu 29 i dno gwintu 27. Ich wysokość wynosi h1 a szerokość w połowie wysokości wynosi 2,5 mm (gwintowanie o 5 gwintach na cal).

Grzbiety i dna gwintów są umieszczone na powierzchniach stożkowych o takiej samej zbieżności określonej przez pół-kąt grzbietowy γ pomiędzy stożkiem „pierwotnym” oznaczonym tworzącą 37 i kierunkiem osi łączenia.

Grzbiety gwintów 29 i dna gwintów 27 są prostoliniowe za wyjątkiem poziomu połączeń z powierzchniami bocznymi; połączenia te mają promień rzędu ułamka mm w celu ograniczenia spiętrzenia naprężeń den gwintu i kruchości krawędzi; grzbiety gwintów 29 i dna gwintów 27 są umieszczone na powierzchniach stożkowych pod pół-kątem grzbietowym γ.

Powierzchnie boczne obciążone 23 i powierzchnie boczne łączące 25 są także prostoliniowe i tworzą odpowiednio kąt α i β z normalną do osi łączenia.

W sprawie przedmiotowego wynalazku, kąt α jest nieznacznie ujemny (powierzchnia boczna 23 lekko wystaje nad dnem gwintu 27 podczas gdy kąt β jest dodatni i bardziej nachylony.

Z tego wynika, że powierzchnie boczne tworzą między sobą kąt β tak, że gwinty trapezowe są mniej szerokie na swoim grzbiecie 29 niż przy dnie 27.

Gwinty wewnętrzne o powierzchni 22 są przedstawione na fig. 3A.

Ich kształt jest wyraźnie trapezowy i dostosowany do przykręcania z gwintami zewnętrznymi o powierzchni 21. Ich wysokość h2 jest nieznacznie wyższa od wysokości hi zewnętrznych gwintów o powierzchni 21 a ich szerokość w połowie wysokości wynosi 2,5 mm (gwintowanie typu 5 gwintów na cal).

Powierzchnie gwintów wewnętrznych 128 stanowiące grzbiety i dna gwintów wewnętrznych 30 są styczne do lub umieszczone na powierzchniach stożkowych pod pół-kątem grzbietowym γ identycznym do kąta odnoszącego się do gwintów wewnętrznych.

Dna gwintów wewnętrznych 30 są prostoliniowe za wyjątkiem poziomu połączeń z powierzchniami bocznymi, które mają jak gwinty zewnętrzne promień łączenia.

Grzbiety gwintu wewnętrznego o powierzchni 128 są zaokrąglone wypukłe w sposób ciągły wypukłe na całej długości, to znaczy, że nie występuje brak ciągłości na ich długości.

Mają one promień R3 równy 5 mmm (za wyjątkiem poziomu połączeń z powierzchniami bocznymi, które mają mniejszy promień łączenia dostosowany do promieni łączenia gwintów zewnętrznych).

Powierzchnie boczne obciążone 24 i powierzchnie boczne łączące 26 tworzą odpowiednio takie same kąty α i β z normalną do osi łączenia jak powierzchnie boczne odpowiednio 23, 25 gwintowania zewnętrznego.

W czasie przykręcania zewnętrznego gwintowania 3 do wewnętrznego gwintowania 4, powstaje w danym momencie styk pomiędzy grzbietem wewnętrznego gwintu 128 zaokrąglonego wypukłego i dnem zewnętrznego gwintu 27 jak to zostało zapewnione z punktu widzenia geometrycznego (h2 > h1) aby utrzymać luz pomiędzy grzbietem gwintu zewnętrznego 29 i dnem gwintu wewnętrznego 30, które są prostoliniowe: patrz fig. 3C.

Biorąc pod uwagę obecność występów oporowych stanowiących wolny koniec 7, i powierzchnię oporową 8 (patrz. fig. 1), które opierają się o siebie kiedy połączenie gwintowe jest przykręcane, elementy zewnętrzne i wewnętrzne są rozciągane osiowo, co powoduje, że powierzchnie boczne obciążone 23, 24 są pod naciskiem styku. W przeciwnym przypadku, istnieje luz między powierzchniami bocznymi łączącymi wewnętrznymi i zewnętrznymi 25, 26.

Styk zwany przeciwdziałającym pomiędzy grzbietem gwintu wewnętrznego 128 zaokrąglonego wypukłego i dnem gwintu zewnętrznego 27 powstaje punktowo w punkcie 0, który wyraźnie występuje po środku zaokrąglonego grzbietu 128 i prostoliniowym dnem 27.

Krzywizna wewnętrznego zaokrąglonego wypukłego grzbietu gwintu 128 pozwala na zwiększenie wytrzymałości na przekręcenie lub nadmierne zakręcenie połączenia gwintowego według wynalazku.

Fig. 7A przedstawia schematycznie rozkład nacisków styku połączenia gwintowego ze stanu techniki pomiędzy grzbietem gwintu wewnętrznego 28 w kształcie prostoliniowym i dnem gwintu zewnętrznego 27 także w kształcie prostoliniowym.

Strzałki P_c pokazują pomiar miejscowego nacisku styku w każdym przydzielonym punkcie styku; daje się zauważyć, że wartości nacisku styku P_c są wyższe na każdym końcu R, S, T, U elementów styku.

PL 203 268 B1

Wynika z tego, że smar wprowadzony do smarowania gwintów w celu uniknięcia zatarcia jest chwytany do wewnątrz elementu styku.

Po zakończeniu przykręcania przy danym momencie obrotowym T_f wystarczy na taksie połączenie gwintowe ze stanu techniki wywrzeć moment obrotowy T_s o wartości nieznacznie wyższej od T_f w celu ponownego podjęcia zakręcania biorąc ze względu na schwytany środek smarujący w elementach styku. Powoduje to relatywne przesunięcie elementów wewnętrznych i wewnętrznych i nieodpowiednie ułożenie środków uszczelniających.

Niedawne techniki wiercenia studzienek ściekowych lub nawet poziomych studzienek ściekowych wymagają obracania się rur i połączeń gwintowych łączących je podczas wchodzenia do studzienki ściekowej, a więc poddania połączeń gwintowych wysokiemu momentowi obrotowemu. Nakazem wręcz jest aby taki obrót nie doprowadzał do przeciekania w trakcie obsługi.

Podobnie, w celu odkręcenia połączenia gwintowego, należy wywierać moment obrotowy T_b w kierunku przeciwnym do T_f, lecz ten moment obrotowy ma w połączeniu gwintowym ze stanu techniki wartość bezwzględną identyczną do momentu obrotowego Tf zakręcania śruby.

Fig. 7B przedstawia, że nieznaczne zakrzywienie wewnętrznych powierzchni gwintu 128 stanowiących grzbiet pozwala na wyeliminowanie średniego nacisku styku wgłębienia (wysokości stopy zęba), a więc chwytanie środka do smarowania pomiędzy wewnętrznymi grzbietami gwintu 128 i przeciwdziałającymi zewnętrznymi dnami gwintu 27 poprzez utworzenie średniej wartości szczytowej nacisku styku.

Tak więc moment obrotowy T jest znacznie wyższy od Tf o wartości bezwzględnej musi być wywierany w celu zakręcania lub odkręcenia połączenia gwintowego.

Próby przykręcania-odkręcania zostały przeprowadzone połączenia gwintowych typu VAM TOP® (według katalogu VAM® nr 940 wydanego w lipcu 1994r. przez Vallourec Oil & Gas) zmodyfikowanych według fig. 3 i o następujących cechach:

- rury ze stali niskostopowej obrobione dla klasy API L80 (granica plastyczności wyższa lub równa 552 Mpa)

- zewnętrzna średnica rur: 177,8 mm (7)

- grubość rur: 10,36 mm (29lb/ft)

- gwintowanie o 5 gwintach na cal

- gwintowanie stożkowe = 6,25% (γ = 1,79°).

Mierzono wartości momentu obrotowego T_b odkręcania dla zakręcania przy momencie obrotowym T_f dla 4 różnych połączeń gwintowych i o różnych poziomach.

Dla 11 wykonanych prób przykręcania-odkręcania stosunkowa rozpiętość pomiędzy wartościami bezwzględnymi Tf i T_b oscyluje pomiędzy 3% i 14% i wynosi średnio 7,5%.

Wybór zbyt małego promienia krzywizny R3 prowadzi do średniej wartości szczytowej nacisku styku zbyt uwydatnionej i w konsekwencji do ryzyka plastyfikacji surowca i/lub zatarcia gwintów po wielokrotnym użyciu połączeń gwintowych; prowadzi on także do zmniejszenia szerokości powierzchni bocznych obciążonych 23, 24, a więc maksymalnego obciążenia akceptowanego rozciągania osiowego: promień krzywizny R3 wyższy lub równy 2 mm jest całkowicie odpowiedni.

Wybór promienia krzywizny R3 zbyt dużego nie pozwala na uzyskanie oczekiwanego efektu i prowadzi, więc do ryzyka chwytania środka do smarowania: promień krzywizny R3 mniejszy lub równy 60 mm, a korzystnie 20 mm jest odpowiedni.

Można jeszcze bardziej udoskonalić korzystną cechę wytrzymałości na odkręcania lub przekręcanie połączenia gwintowego według wynalazku wykonując ponadto zewnętrzną lub wewnętrzną powierzchnię boczną obciążoną nieznacznie zaokrągloną wypukłą tak, aby uniknąć całkowitego uwięzienia smaru w środku powierzchni bocznych obciążonych.

Fig. 4 odnosi się do gwintowania stożkowego z gwintami trapezowymi o gwintowaniu osiowym połączenia gwintowego 100 z fig. 1.

Pod nazwą gwinty trapezowe z gwintowaniem osiowym rozumie się gwinty takie, jakie zostały opisane w opisie patentowym WO 00/14441, w których szerokość gwintów w połowie wysokości jest większa od szerokości również w połowie wysokości przestrzeni pomiędzy odpowiadającymi gwintami gwintowania złączonego, co doprowadza do zaciskania osiowego dwóch powierzchni bocznych gwintu z gwintowaniem przez powierzchnie gwintowania złączonego i odwrotnie.

Fig. 4B przedstawia kilka powierzchni zewnętrznych gwintów 21, które mają kształt wyraźnie trapezowy w przekroju osiowym i które zawierają powierzchnię boczną obciążoną 23, powierzchnię boczną łączącą 125, grzbiet gwintu 29 i dno gwintu 27.

PL 203 268 B1

Grzbiety i dna gwintu są prostoliniowe (za wyjątkiem poziomu połączeń z powierzchniami bocznymi, które mają promień rzędu ułamka mm w celu ograniczenia spiętrzenia naprężeń dna gwintu i kruchości krawędzi) i są umieszczone na powierzchniach stożkowych o tej samej stożkowatości określonej przez pół-kąt grzbietowy γ pomiędzy stożkiem „pierwotnym” określony umownie przez jego tworzącą 37 i kierunkiem osi łączenia.

Gwinty na całej swojej długości mają rowek śrubowy 31, którego zarys ma oś wyraźnie normalną do osi łączenia, które wychodzi na grzbiet gwintu na około połowę jego szerokości.

Rowek 31 ma zarys w kształcie V z zaokrąglonym dnem a kąt pomiędzy rozgałęzieniami V wynosi 35°, a promień dna rowka 31 wynosi 0,4 mm.

Jego szerokość u wylotu wynosi 35% szerokości grzbietu gwintu 29 a jego głębokość wynosi 60% wysokości gwintu 21.

Powierzchnia boczna obciążona 23 jest prostoliniowa (za wyjątkiem połączeń z grzbietami i dnami gwintu jak opisano powyżej) i lekko wystaje nad dnem gwintu, przy czym kąt α powierzchni obciążonej w odniesieniu do normalnej do osi łączenia jest nieznacznie ujemna, równa -3°.

Powierzchnia boczna łącząca 125, która przylega do grzbietu gwintu 29 jest zaokrąglona wypukła na całej swojej długości MP; ma ona jednolity promień krzywizny R1 o kilku mm za wyjątkiem poziomu połączeń z grzbietami i dnami gwintowymi, gdzie promień krzywizny jest niższy, rzędu ułamka mm.

Styczna krzywej 39 do powierzchni bocznej łączącej mierzonej w połowie wysokości gwintu tworzy kąt A z normalną do osi łączenia.

Szerokość gwintu mierzona w połowie wysokości gwintu wynosi 11 podczas gdy £3 przedstawia przestrzeń pomiędzy zębem gwintu w połowie wysokości, przy czym suma (11 + £3) jest równa skokowi gwintu.

Fig. 4A przedstawia kilka wewnętrznych powierzchni gwintów trapezowych 22 o kształcie dostosowanym do kształtu zewnętrznych powierzchni gwintów 21.

Wewnętrzne powierzchnie gwintów 22 mają 4 powierzchnie prostoliniowe (za wyjątkiem poziomu połączeń z grzbietami i dnami gwintu, które w znany sposób mają promień rzędu ułamka mm w celu ograniczenia spiętrzenia naprężeń w dnie gwintu i łamliwości krawędzi), a mianowicie:

- powierzchnię boczną obciążoną 24, która wystaje nad dnem gwintu 30 i jest nachylona pod kątem α względem normalnej do osi łączenia, przy czym kąt α jest identyczny do kąta zewnętrznej powierzchni bocznej obciążonej,

- powierzchnię boczną łączącą 26, która jest nachylona pod kątem B względem normalnej do osi łączącej, przy czym kąt B jest nieco wyższy od kąta A z fig. 4B,

- grzbiet gwintu 28 umieszczony na powierzchni stożkowej pod pół-kątem o wartości szczytowej γ jest identyczny jak grzbiet gwintu powierzchni stożkowej odnoszącej się do zewnętrznego gwintowania,

- dno gwintu 30 umieszczona również na powierzchni stożkowej pod pół-kątem o wartości szczytowej γ.

Kąt α i B są różne, przy czym różnica (jest taka, że gwinty 22 są węższe przy swoich grzbietach 28 niż przy dnach.

przedstawia szerokość wewnętrznego gwintu w połowie wysokości, podczas gdy 14 przedstawia obszar pomiędzy zębem wewnętrznego gwintu w połowie wysokości: suma (12 + 14) przedstawia skok wewnętrznego gwintu, który jest identyczny jak skok zewnętrznego gwintu.

W układzie połączenia gwintowego z fig. 4, 11 jest większe niż 14 a 12 jest większe niż 13 w wyniku czego, podczas przykręcania, dwie zewnętrzne powierzchnie boczne 23, 125 będą, w danym momencie, ze względu na stożkowatość gwintowania, stykać się z dwiema wewnętrznymi powierzchniami bocznymi 24, 26; przy kontynuowaniu przykręcania gwinty 21, 22 będą poddane wciskowi osiowemu, i stąd określenie „gwinty wciskane osiowo” podane dla tego typu gwintu.

Fig. 4C przedstawia położenie gwintu zewnętrznego 21 i wewnętrznego 22 w momencie przykręcania.

Powierzchnie boczne prostoliniowe obciążone 23, 24 o kącie α są w styku rozłożonym na całą ich wspólną długość.

Grzbiety gwintów 29, 28 są jeszcze oddalone od odpowiadających im den gwintów 30, 27.

Powierzchnie boczne łączące 125, 26 są w styku w punkcie 0, który jest umieszczony na łuku MP bliżej punktu M niż punktu P na zewnętrznej powierzchni bocznej 125 i także bliżej punktu Q niż punktu N na wewnętrznej powierzchni bocznej 26. Styk miał, więc miejsce po stronie wierzchołka zewnętrznego gwintu, gdzie umieszczony jest rowek 31.

PL 203 268 B1

Styk przesunięty w kierunku punktu M wynika z faktu, że kąt A stycznej 39 do zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej 125 w połowie wysokości gwintu jest mniejszy niż stała kąta B prostoliniowej wewnętrznej powierzchni bocznej 26, a punkt 0 odpowiada punktowi, w którym styczna do zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej 125 tworzy kąt B względem normalnej do osi łączenia.

W czasie kontynuowania przykręcania poza położeniem przedstawionym na fig. 4C, ze względu na gwintowanie stożkowe, zewnętrzne gwinty zmierzają do wejścia w klin we wgłębieniach pomiędzy wewnętrznymi gwintami i wzajemnie wewnętrzne gwinty zmierzają do wejścia w klin we wgłębieniach pomiędzy zewnętrznymi gwintami wzbudzając nacisk styku ściskający pomiędzy odpowiadającymi powierzchniami bocznymi. Nacisk styku zwiększa się kiedy przykręcanie jest kontynuowane ze względu na trapezowy kształt gwintów i stożkowatość gwintowań.

Wobec braku rowka w klasycznych zewnętrznych i wykonane z surowca typu stalowego o wysokim module elastyczności, obydwie powierzchnie boczne szybko tworzą bardzo sztywny występ oporowy i przykręcanie nie może być dłużej kontynuowane.

Nie byłoby to poważną niedogodnością jeśli zarys gwintów byłby doskonale odtwarzalny, co nie stanowi problemu.

Normalne tolerancje obróbki ±0.01 mm na szerokościach gwintów wewnętrznych i zewnętrznych doprowadzają do odchylenia 0.02 mm w zaciskaniu osiowym lub mocowaniu równym (H - H lub (12 - 13).

Ze względu na stożkowatość gwintowań, odchylenie takie wynika z nieakceptowanych odchyleń w ułożeniu zewnętrznych elementów gwintowanych/wewnętrznych elementów gwintowanych a zwłaszcza doprowadza do odchyleń przeciwdziałań osiowych na poziomie powierzchni uszczelniających nośnych 5, 6, a więc do nieakceptowanego ryzyka przeciekania w czasie obsługi.

Rowek 31, który wychodzi na grzbiet gwintu 29 przylegający do powierzchni bocznej łączącej zaokrąglonej wypukłej 125 umożliwia częściom 33, 35 zewnętrznego gwintu 21 odkształcenie się przez gięcie pod zaciskającym naciskiem wynikającym z kontynuowania przykręcania poza pierwszym naciskiem styku: rowek 31 powoduje więc giętkość struktury zewnętrznego gwintu 21 i umożliwia zmniejszenie sztywności powierzchni bocznej łączącej 125.

Odkształcenie się obydwu części 33, 35 gwintu zewnętrznego jest proporcjonalne do nacisku styku ponieważ na materiał zewnętrznego gwintu 21 działa się w jego giętkim obszarze, przy czym wewnętrzny pełny gwint 22 jest uznany za sztywny (przy pierwszym zbliżeniu) przy wstępnej ocenie, a sztywność sprężyny składającej się z części 35 gwintu pomiędzy rowkiem 31 i giętką powierzchnią boczną łączącą jest określona przez zarys tej części 35 gwintu i przez giętkość surowca, na przykład stali, z której się składa.

Krzywizna zewnętrznej zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej 125 pozwala działać na rowek w sposób najkorzystniejszy: w przypadku braku takiej krzywizny, to znaczy, jeśli zewnętrzna powierzchnia boczna łącząca byłaby prostoliniowa o kącie równym B, części 33, 35 zęba zewnętrznego gwintu byłyby bliżej siebie przez przemieszczenie, co doprowadziłoby do znacznego zmniejszenia promienia R2 na dnie rowka i do ryzyka ścięcia dna części gwintu 33, 35.

Natomiast, krzywizna zewnętrznej podstawy bocznej 125 umożliwia stopniowe obracanie się zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej łączącej 125, która staje się giętka podczas kontynuowania przykręcania jak również rozdzielanie nacisków styku zgodnie z teorią Hertz'a.

Środek obrotu powierzchni bocznej łączącej 125 wyraźnie umieszczony w punkcie P przy podstawie giętkiej powierzchni bocznej łączącej 125.

Fig. 4D przedstawia ułożenie gwintów przy końcu przykręcania.

Część 35 gwintu pomiędzy rowkiem 31 i giętką powierzchnią boczną łączącą 125 obraca się pod pewnym kątem w celu umożliwienia przystosowania się do zakorkowania pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnią boczną gwintu.

Wstępny punkt styku 0 przesuwa się do punktu 0' w kierunku punktu P wzdłuż łuku MP.

Takie przesunięcie 00' jest korzystne, ponieważ nie działa się stale na ten sam punkt powierzchni bocznej łączącej podczas przykręcania, a więc ogranicza się ryzyko zatarcia.

Zauważa się więc, że korzystne jest wykonanie pierwszego styku w punkcie 0 w połowie szerokości łuku MP leżącego naprzeciw punktu P i jeśli to możliwe blisko końca M leżącego naprzeciw punktu P, to znaczy po stronie grzbietu 29, gdzie wstawiony jest rowek 31.

Promień krzywizny R1 zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej 125 określa przesunięcie 00' dla danego kąta A i kąta B.

PL 203 268 B1

Następujące wykresy od 8 do 10 wynikają z badań nad połączeniami gwintowymi typu VAM TOP® (według katalogu VAM® wydanego w lipcu 1994r. przez Vallourec Oil & Gas) udoskonalonych według fig. 4 o następujących cechach:

- rury ze stali niskostopowej obrobione dla klasy API L80 (granica plastyczności wyższa lub równa 552 Mpa)

- zewnę trzna ś rednica rur: 177,8 mm (7)

- grubość rur: 10,36 mm (29lb/ft)

- gwintowanie o skokach 6 mm i stożkowatości = 6,25% ( γ = 1,79°);

- wysokość gwintu 1,8 mm; szerokość gwintu 3,5 mm;

- α =-3°; B (kąt wewnętrznej powierzchni bocznej łączącej) = 13; (δ = 10°);

- A (kąt zewnętrznej powierzchni bocznej łączącej w połowie wysokości) oscylujący pomiędzy 9 i 14;

- promień R1 zewnętrznej powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej oscylujący pomiędzy 5 i 20 mm;

- mocowanie (lub zaciskanie osiowe FA) oscylujące pomiędzy 0 i 0,14 mm (0,04 mm celująco);

- głębokość rowka: 1 mm; szerokość rowka przy wyjściu = 1,4 mm;

- promień R2 dna rowka = 0,4 mm;

- środek dna rowka umieszczonego na 2,3 mm od powierzchni bocznej obciążonej.

Wykres z fig. 8 przedstawia przesunięcie DC od punktu styku 0 wzdłuż łuku giętkiej powierzchni bocznej 125 z fig. 4 w czasie wykonywania zaciskania FA na powierzchni bocznej łączącej dla różnych wartości kąta A zawartego pomiędzy 9 i 14.

Fig. 8 pokazuje, że kąt A jest wyższy im szybsze jest przesunięcie DC powierzchni bocznej 125.

Kiedy kąt A jest mniejszy od kąta B, daje się zauważyć, że wstępny punkt styku 0 jest umieszczony w połowie szerokości łuku MP po stronie przeciwnej do środka obrotu P.

Kąt A nie może być mniejszy niż 9° ponieważ punkt 0 ryzykowałby pozostaniem na zewnątrz łuku MP poza punktem M.

Wartości kąta A większe niż 12° również nie są pożądane ponieważ końcowy punkt styku 0' byłby poza punktem P dla pewnych par zewnętrznych-wewnętrznych elementów gwintowanych niewłaściwie dobranych.

Następnie, stosując punkt styku Ol bliski punktowi P także nie wydaje się być korzystne ponieważ prowadzi do spiętrzenia naprężeń przy dnie gwintu jak w przypadku styku pomiędzy dwiema prostoliniowymi powierzchniami bocznymi.

Wartość 10° kąta A wydawałaby się w zupełności odpowiednia w przedmiotowej sprawie, przy czym końcowy punkt styku 0l prowadzi do naprężenia szczytowego znajdującego się w najgorszym przypadku zaledwie powyżej połowy szerokości powierzchni bocznej po stronie punktu P.

Fig. 9 przedstawia dla tych samych połączeń gwintowych zmianę kąta obrotu RFE giętkiej powierzchni bocznej 125 w funkcji zaciskania FA.

Tutaj znowu obrót powierzchni bocznej 125 jest szybszy wraz ze wzrostem kąta A.

Ważne jest dobranie względnie małego kąta A (10°) w celu ograniczenia amplitudy obrotu z zaciskaniem.

W ten sposób nacisk styku będzie zmieniał się nieznacznie w funkcji uzyskanego rzeczywistego zaciskania.

Wykres z fig. 10 przedstawia dla tego samego typu połączenia gwintowego, dla różnych promieni krzywej R1 powierzchni bocznej 125, wpływ zaciskania FA na przesunięcie DC punktu styku, przy czym kąt A jest utrzymany na stałym poziomie i jest równy 10°.

Dla promienia krzywej R1 20 mm, wstępny styk ma miejsce w punkcie M a punkt styku przesuwa się szybko wzdłuż łuku MP w miarę jak zwiększa się zaciskanie.

Im mniejszy promień krzywizny R1, tym bardziej wstępny punkt styku 0 przesuwa się w kierunku punktu P bardziej zmniejsza się szybkość przesuwania w funkcji zaciskania.

Promień R mniejszy niż 5 mm wydaje się być szkodliwy jeśli zamierza się zatrzymać wstępny punkt styku 0 na połowie szerokości łuku MP przeciwległego do punktu P.

Można w ten sposób odpowiednio wybrać promień krzywizny R1 zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej łączącej 125 pomiędzy 3 i 30 mm.

Uzyskuje się ten sam efekt zwiększenia wytrzymałości połączenia gwintowego na odkręcanie lub na zakręcanie w przypadku gwintów według fig. 4 jak i w przypadku połączeń gwintowych z zaokrąglonymi wypukłymi grzbietami gwintowymi według fig. 3 lecz zwiększenie tej wytrzymałości jest dużo większe w przypadku gwintów z zaciskaniem osiowym z zaokrągloną wypukłą powierzchnią

PL 203 268 B1 boczną łączącą niż w przypadku gwintów z fig. 3, przy czym mechanizm wzrostu tej wytrzymałości jest jednak identyczny do mechanizmu przedstawionego na fig. 7.

Wysoce udoskonalona wytrzymałość na odkręcanie została zanotowana w próbach na przykręcanie-odkręcanie, które zostały przeprowadzone przy użyciu dwóch połączeń gwintowanych, podobnych do tych przedstawionych dla prób według fig. od 8 do 10, ale przedstawiające znamienne cechy geometryczne przeciwstawne cechom z fig. 4: zewnętrzny element gwintowany jest zgodny z zewnętrznym gwintem o powierzchniach prostoliniowych, podczas gdy wewnętrzny element gwintowany zawiera wewnętrzny gwint o powierzchni bocznej łączącej zaokrąglonej wypukłej i o rowku wychodzącym na grzbiet wewnętrznego gwintu.

Dla kąta pomiędzy styczną do wewnętrznej powierzchni bocznej łączącej zaokrąglonej wypukłej i normalną do osi łączenia (mierzonego w połowie wysokości gwintu) równego 11, promienia R1 wewnętrznej zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej łączącej równy 10 mm i zaciskania 0.02 mm, moment obrotowy odkręcania T_p zwiększał się dla jednego z połączeń gwintowych do 130%, a dla innego połączenia gwintowego do 123% momentu obrotowego przykręcani T_f.

Fig. 5 jest odmianą fig. 4. Na fig. 5, zewnętrzny gwint 21 ma również zaokrąglona wypukłą powierzchnię boczną łączącą 125 z kątem A w połowie szerokości powierzchni bocznej, ale nie zawiera rowka.

Rowek 32 jest natomiast umieszczony na wewnętrznym gwincie 22 i umożliwia gięcie prostoliniowej wewnętrznej powierzchni bocznej łączącej 26, która odpowiada zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej łączącej 125 w warunkach styku ściskającego w czasie zakręcania.

W układzie z fig. 5, kąt A jest większy od kąta B. Jak to widać na fig. 5C i 5D, taki układ umożliwia pierwszy styk w punkcie 0 na połowie szerokości giętkiej powierzchni bocznej łączącej 26 po stronie grzbietu gwintu wewnętrznego 28, gdzie jest wstawiony rowek 32. Taki układ umożliwia również przesunięcie 00' punktu styku w kierunku środka ruchu Q.

Ponadto, funkcja połączenia gwintowego z fig. 5 jest podobna do funkcji opisanej w fig. 4.

Fig. 6 przedstawia zastosowanie połączenia gwintowego 300 z fig. 2 z gwintem z rowkiem i zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną łączącą z gwintowaniem walcowym z gwintami trapezowymi znanymi jako gwinty klinowe lub o różnych szerokościach, przy czym takie gwintowania z gwintami klinowymi są znane zwłaszcza z patentu US Re 30647.

Zewnętrzne gwintowanie 303' na fig. 6B obejmuje gwinty trapezowe na wczepy płetwiaste i o różnych szerokościach.

Zewnętrzne gwinty trapezowe zawierają:

- prostoliniowy grzbiet gwintu 329 równoległy do osi połączenia gwintowego;

- dno gwintu 327, również prostoliniową i równoległą do osi połączenia gwintowego;

- prostoliniową powierzchnię boczną łączącą 325, która wystaje nad dnem gwintu 327; przy czym kąt pomiędzy powierzchnią łączącą i normalną do osi łączenia jest więc ujemny;

- zaokrągloną wklęsłą powierzchnię boczną obciążoną 323 o promieniu R1 (poza połączeniami z grzbietami i dnami gwintowymi).

Powierzchnia boczna 323 jest taka, że styczna 339 w połowie wysokości gwintu tworzy kąt A z normalną do osi łączenia.

Kąty β i A są takie, aby gwinty były szersze przy swoim grzbiecie 329 niż przy dnie (gwinty na wczepy płetwiaste). Te gwinty mają stały skok i zmienną szerokość, ponieważ szerokość gwintu zwiększa się (i w konsekwencji obszar pomiędzy zębami gwintów zmniejsza się) w czasie oddalania się od wolnego końca elementu gwintowego: tak więc 13.1 jest większe od 13.2 jak na fig. 7B.

Odpowiadające wewnętrzne gwintowanie 304' jest przedstawione na fig. 6A.

Wewnętrzne gwinty 322 są znanego typu w kształcie jaskółczego ogona (na wczepy płetwiaste) o różnej szerokości i dostosowane do zewnętrznych gwintów 321.

Grzbiet gwintu 328 i dno gwintu 330 są prostoliniowe i równoległe do osi łączącej.

Powierzchnia boczna obciążona 324 i powierzchnia boczna łącząca 326 są również prostoliniowe; wystają one obydwie nad dnami gwintów 330 tak, że ich odnośne kąty B i (względem normalnej do osi łączącej są ujemne. Szerokość gwintów £2 w połowie wysokości zmniejsza się stopniowo i w miarę przybliżania się do wolnego końca elementu tak, że 12.1 jest większa niż 12.2 na fig. 6A.

Wewnętrzne gwinty 322 zawierają ponadto na całej długości spiralny rowek 332, którego zarys przedstawia oś wyraźnie normalną do osi łączącej, która wychodzi na grzbiet gwintu 328.

Ten rowek ma profil V o zaokrąglonym dnie o promieniu R2 równym 0,4 mm.

PL 203 268 B1

Przykręcanie do siebie gwintowań 303', 304' zaczyna się od przyłączania gwintów o małej długości do wgłębień o dużej szerokości, ale w miarę przykręcania, takie funkcjonowanie zmniejsza się aż do zera do danego momentu przedstawionego na fig. 6C: powierzchnie boczne obciążone zewnętrzne i wewnętrzne 323, 324 stykają się punktowo w punkcie O, a powierzchnie boczne łączące zewnętrzne i wewnętrzne 325, 326 znajdują się w styku rozłożonym.

Jak w przypadku fig. 5, punkt O jest umieszczony w elemencie NQ od strony grzbietu gwintu 328 gdzie jest wstawiony rowek 332.

Jak poprzednio, wynika to z faktu, że kąt AA jest mniejszy od kąta B biorąc pod uwagę wartość bezwzględną.

Jeśli kontynuuje się przykręcanie powyżej prostego styku pomiędzy powierzchniami bocznymi, gwinty coraz bardziej szerokie zmierzają do ulokowania się we wgłębieniach coraz bardziej wąskich: istnieje więc zaciskanie osiowe postępowe w kącie powierzchni bocznych, skąd pochodzi określenie „klinowy” takiego typu gwintu; jak w przypadku fig. 4 lub 5, nie można kontynuować przykręcania, jeśli dopuści się do odkształcania elastycznego powierzchni bocznych.

Funkcją rowka 332 korzystnie pomocną poprzez zaokrąglony wypukły kształt powierzchni bocznej obciążonej 323 jest przyjęcie takiego odkształcenia elastycznego powierzchni bocznych.

Funkcje rowka 332 i powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej 323 są podobne do funkcji rowków 31, 32 i powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej 125 według fig. 4 i 5, przy czym giętka powierzchnia boczna 324 jest prostoliniowa jak w przypadku fig. 5.

Można odpowiednio wybrać promień krzywizny R1 zewnętrznej powierzchni bocznej obciążonej 323 w celu zwiększenia wytrzymałości połączenia gwintowego na odkręcanie lub zakręcanie przez mechanizm identyczny do mechanizmu przedstawionego na fig. 7.

Należy zauważyć, że połączenia gwintowane z fig. od 4 do 6 mogą również być dostosowane do gwintowania stożkowego o gwintach klinowych o różnej szerokości typu jak ujawniono w opisie patentowym WO 94/29627. Takie zastosowanie jest jasne dla fachowca biorąc pod uwagę poprzednie objaśnienia.

Inne połączenia gwintowe rurowe mogą być uzyskane nie wychodząc poza zakres niniejszego wynalazku.

Można również wykonać nie wychodząc poza zakres wynalazku połączenie gwintowe z zaciskaniem osiowym według fig. 4, która przedstawia przeciwdziałanie osiowe pomiędzy grzbietami jednego z gwintów zewnętrznego lub wewnętrznego i dno gwintu łączonego przy końcu przykręcania.

Można również wykonać nie wychodząc poza zakres wynalazku, połączenie gwintowe rurowe z przeciwdziałającymi gwintowaniami stożkowymi, którego powierzchnie boczne obciążone zewnętrzne lub powierzchnie boczne obciążone wewnętrzne są zaokrąglone wypukłe i którego gwinty zewnętrzne lub wewnętrzne mają rowek wychodzący na grzbiet gwintu w celu przystosowania zmian styku między powierzchniami bocznymi obciążonymi spowodowanych różnymi siłami rozciągania, ściskania lub gięcia podczas obsługi.

Takie odmiany styku, na pełnych gwintach (+bez rowka) o powierzchniach bocznych obciążonych prostoliniowych, mogą w efekcie doprowadzać do powstania pęknięć na skutek zużycia („wyrwy”) na powierzchniach bocznych obciążonych.

Różne przykłady wykonania niniejszego wynalazku opisane lub nie opisane mogą ponadto mieć zastosowanie zarówno w integralnie połączonych łączeniach jak i połączeniach gwintowych łączonych.

Można na przykład wykonać połączenie gwintowe takie jak na figurach 11, którego wewnętrzne gwinty (fig. 11A) trapezowe mają powierzchnie całkowicie prostoliniowe, podczas gdy odpowiadające zewnętrzne gwinty (fig. 11B) mają kształt ogólnie trapezowy, ale z powierzchnią boczną obciążoną 123 zaokrągloną wypukłą jak na fig. 6B.

Wysokość h1 zewnętrznych gwintów jest nieznacznie niższa od wysokości h2 wewnętrznych gwintów a szerokość zewnętrznych lub wewnętrznych gwintów jest nieco niższa od szerokości przestrzeni pomiędzy odpowiednimi gwintami według fig. 3A, 3B tak, że po wkręcaniu (fig. 11C) wewnętrzne grzbiety gwintu 28 przeciwdziałają promieniowo z zewnętrznymi dnami gwintu 27, podczas gdy istnieje luz promieniowy pomiędzy grzbietami zewnętrznymi gwintu 29 i wewnętrznymi dnami gwintu 30. Ponadto, zewnętrzne powierzchnie boczne obciążone 123 zewnętrzne i wewnętrzne 24 opierają się, podczas gdy istnieje luz promieniowy pomiędzy powierzchniami bocznymi łączącymi zewnętrznymi 25 i wewnętrznymi 26.

Gwinty wewnętrzne 22 są pełne, a więc zewnętrzne gwinty 21 mają rowek 31 podobny do rowka z fig. 4, który pozwala na przystosowanie zmian nacisku styku w trakcie obsługi.

PL 203 268 B1

Krzywizna zewnętrznej powierzchni obciążonej 123 umożliwia ponadto korzystnie, oprócz efektów wytrzymałości na zakręcanie i odkręcanie, opanować szerokość styku i lokalizację styku między powierzchniami bocznymi obciążonymi 123, 24 jak podano poprzednio ponieważ powierzchnia zaokrąglona wypukła jest powierzchnią boczną łączącą (patrz fig. 4 i 5).

Podobne efekty mogłyby być uzyskane przez wykonanie wewnętrznej powierzchni bocznej obciążonej zaokrąglonej wypukłej i zewnętrznej powierzchni bocznej obciążonej, która jest prostoliniowa.

Podobne efekty mogłyby być również uzyskane na połączeniach gwintowych o gwintach stożkowych i gwintach zwanych „odporne mechanicznie” takie, jak zostały opisane w opisach EP 454 147 lub JP 08 281 061, których powierzchnie boczne obciążone zewnętrzne i wewnętrzne opierają się, podczas gdy powierzchnie boczne łączące zewnętrzne i wewnętrzne stykają się przy końcu zakręcania, przy czym gwinty o co najmniej jednym gwintowaniu zawierają powierzchnię boczną obciążoną lub powierzchnię boczną łączącą lub powierzchnie boczne obciążone i łączące zaokrąglone wypukłe.

Claims (22)

1. Połączenie gwintowe rurowe, zawierające zewnętrzny gwintowany element na końcu pierwszej rury i wewnętrzny gwintowany element na końcu drugiej rury zewnętrzny element gwintowany zawierający na zewnątrz zewnętrzne gwintowanie z gwintami trapezowymi na wyraźnie całej długości zewnętrznego gwintowania, wewnątrz element gwintowany zawierający wewnętrznie wewnętrzne gwintowanie z gwintami trapezowymi na wyraźnie całej długości gwintowania wewnętrznego połączonego gwintowaniem zewnętrznym, gwintowanie zewnętrzne i zewnętrzne mocowane ze sobą przy danym momencie obrotowym tak, że co najmniej jedna powierzchnia zewnętrznego gwintu tyka się pod naciskiem styku z odpowiednią powierzchnią zewnętrznego gwintu, znamienne tym, że co najmniej jedna powierzchnia (125, 128, 325) gwintu ma co najmniej w swoim początkowym stanie przed przykręceniem zaokrąglony wypukły kształt ciągły na długości danej powierzchni i styka się punktowo z odpowiednią powierzchnią (26, 27, 326) elementu łączonego, przy czym powierzchnia zaokrąglona wypukła ma na swojej długości za wyjątkiem połączeń z przylegającymi powierzchniami, co najmniej jeden promień krzywizny (R₁, R₃) wynoszący od 2 do 60 mm.

2. Połączenie według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnia zaokrąglona wypukła jest na całej długości danego gwintowania.

3. Połączenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że powierzchnia zaokrąglona wypukła ma jednolite wygięcie na długości powierzchni zaokrąglonej wypukłej za wyjątkiem połączeń z przylegającymi powierzchniami i na całej długości gwintowania.

4. Połączenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że jedna zaokrąglona wypukła powierzchnia gwintu (125, 128, 325) gwintowania (21, 321) odpowiada powierzchni prostoliniowej (26, 27, 326) na gwintowaniu złączonym (22, 322).

5. Połączenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zawiera tylko jedną powierzchnię zaokrągloną umieszczoną na jednym z dwóch gwintowań.

6. Połączenie według zastrz. 1 albo 2, albo 5, znamienne tym, że gwintowanie zewnętrzne i wewnętrzne jest stożkowe, przy czym grzbiet gwintu co najmniej jednego gwintowania tyka się z dnem złączonego gwintowania a powierzchnia zaokrąglona wypukła (128) stanowi grzbiet gwintu.

7. Połączenie według zastrz. 1 albo 2, albo 5, znamienne tym, że powierzchnia zaokrąglona wypukła jest boczną powierzchnia gwintu (125, 323) i tym, że jeden z gwintów, zewnętrzny (21), wewnętrzny (22, 322) zawiera środek (31, 32, 332) nadający giętkość powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej.

8. Połączenie według zastrz. 7, znamienne tym, że środkiem nadającym giętkość jest rowek (31, 32, 332) umieszczony na grzbiecie gwintu (29, 28, 328) przylegającego o giętkiej powierzchni bocznej gwintu.

9. Połączenie według zastrz. 1 albo 2, albo 5, znamienne tym, że powierzchnia zaokrąglona wypukła jest boczną i powierzchnią gwintu (125, 323) i tym, że jeden z gwintów, wewnętrzny (21), wewnętrzny (22, 322) zawiera środek (31, 32, 332) nadający giętkość powierzchni (26, 324) odpowiadającej i powierzchni na złączonym gwintowaniu.

10. Połączenie według zastrz. 9, znamienne tym, że środkiem nadającym giętkość jest rowek (31, 32, 332) umieszczony na grzbiecie gwintu (29, 28, 328) przylegającego do giętkiej powierzchni bocznej gwintu.

PL 203 268 B1

11. Połączenie według zastrz. 10, znamienne tym, że głębokość rowka (31, 32, 332) jest co najwyżej równa wysokości gwintu, w którym jest on wykonany.

12. Połączenie według zastrz. 10, znamienne tym, że szerokość rowka (31, 32, 332) jest co najwyżej równa 2/3 szerokości gwintu, w którym jest on utworzony, mierząc w połowie wysokości tego gwintu.

13. Połączenie według zastrz. 8 albo 10, albo 11, znamienne tym, że głębokość rowka (31,32, 332) jest zaokrąglone promieniem (R2) co najmniej równym 0,2 mm.

14. Połączenie według zastrz. 8, znamienne tym, że kąt (A) zwany „kątem o powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej” utworzony pomiędzy styczną (39, 339) do powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej w połowie wysokości tej zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i normalna do osi łączenia różni się od kąta (B) zwanego „kątem odpowiadającej powierzchni bocznej” utworzonym pomiędzy styczną (26, 326) do powierzchni bocznej odpowiadającej powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej, mierzonego także w połowie wysokości wspomnianej odpowiadającej powierzchni bocznej i normalnej do osi połączenia.

15. Połączenie według zastrz. 14, znamienne tym, że kąt (A) powierzchni bocznej zaokrąglonej wypukłej i kąta (B) odpowiadającej powierzchni bocznej mają wartość dającą pierwszy styk (O) w czasie przykręcania śruby pomiędzy powierzchnia boczną zaokrągloną wypukłą i odpowiadającą powierzchnią boczną na giętkiej powierzchni bocznej po tronie grzbietu gwintu (29, 28, 328), gdzie umieszczony jest rowek.

16. Połączenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że wartość różnicy pomiędzy kątem (A) zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem (B) odpowiadającej powierzchni bocznej ma znak algebraiczny dający punkt styku pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną i odpowiadającą powierzchnia boczną umieszczony w kierunku środka obrotu giętkiej powierzchni bocznej w czasie przykręcania.

17. Połączenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że różnica pomiędzy kątem (A) zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej i kątem (B) odpowiadającej powierzchni bocznej ma wartość dającą końcowy punkt styku (O') pomiędzy zaokrągloną wypukłą powierzchnią boczną umieszczony na zewnątrz ¹/₄ szerokości giętkiej powierzchni bocznej, która jest umieszczona na końcu tej powierzchni po stronie dna gwintu.

18. Połączenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że wartość całkowita różnicy pomiędzy kątem zaokrąglonej wypukłej powierzchni bocznej (A) i kątem odpowiadającej powierzchni bocznej (B) wynosi pomiędzy 1 a 5.

19. Połączenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zaokrągloną wypukła powierzchnia boczna jest powierzchnią obciążoną (323).

20. Połączenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zaokrąglona wypukła powierzchnia boczna jest powierzchnią łączącą (125).

21. Połączenie według zastrz. 7, znamienne tym, że każdy element zewnętrzny i wewnętrzny zawiera co najmniej jedną powierzchnię uszczelniającą, przy czym każda powierzchnia uszczelniająca zewnętrzna (5, 305) jest podparta o odpowiadającą powierzchnię uszczelniającą wewnętrzną (6, 306).

22. Połączenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy element zewnętrzny i wewnętrzny zawiera co najmniej jedną pierścieniową poprzeczną powierzchnię oporową, co najmniej jedną zewnętrzną powierzchnię oporową (7, 307), opierającą się o odpowiadającą wewnętrzną powierzchnię oporową (8, 308) na połączeniu gwintowym w położeniu zakręcenia śruby.